Les composites à matrice organique et renforcés par des préformes textiles (CMORT) sont en passe d’être déployés sur les véhicules de grandes séries pour réduire leur poids. Lorsqu’ils sont soumis à des impacts basse vitesse ces matériaux présentent des comportements complexes qui doivent être précisément modélisés et prédis au moyen de simulations par éléments finis. Dans ce but, un modèle matériau a été développé et implémenté dans un code éléments finis commercial. Soumis à un impact basse vitesse, un CMORT présente quatre mécanismes physiques majeurs qui altèrent la rigidité initiale du matériau : fissuration matricielle intralaminaire, rupture des fibres, délaminage et sensibilité à la vitesse de déformation. L’endommagement matriciel est modélisé grâce à un modèle constitutif reposant sur la mécanique de l’endommagement des milieux continus. Basé sur l’Onera Damage Model, il prend en compte les mécanismes de friction aux abords des fissures. La sensibilité à la vitesse de déformation est introduite au moyen d’un modèle de Maxwell généralisé. Ensuite, un critère de rupture est utilisé pour prédire l’initiation de la rupture des fibres et l’endommagement des fibres qui en découle est régularisé par l’utilisation d’un modèle de rupture progressive. Finalement, afin de prédire précisément le comportement hors-plan d’un stratifié, le calcul d’une distribution de déformation réaliste à travers l’épaisseur est réalisé au niveau du modèle matériau. Cette modélisation est capable de prendre en compte les effets du délaminage en utilisant seulement un élément coque. De plus, l’intégralité du modèle est formulé suivant la description Lagrangienne totale afin d’assurer l’objectivité et la cohérence matérielle durant la simulation. La procédure d’identification, ainsi que les tests de validation et les corrélations essais/simulations sont décrits pour chaque mécanisme physique. Enfin, le modèle est évalué au travers de la prédiction du comportement d’une structure automobile industrielle. / Carbon Fabric Reinforced Polymers (CFRP) will soon used in high volume automotive production in order to reduce the vehicle weight. For safety and design reasons, their complex behaviours under low-speed impacts, such as pedestrian impacts, need to be accurately modelled and predicted by finite element simulations. For this purpose, a material model dedicated to explicit finite element simulations has been developed and implemented in a commercial finite element code. Subject to low-speed impacts, the CFRP shows four different physical mechanisms which alter the initial stiffness of the material: intralaminar matrix cracks, fibre failure, delamination and strain-rate sensitivity. The intralaminar damage is modelled through constitutive equations based on the continuum damage theory. It is based on the Onera Damage Model, but with the consideration of friction mechanisms between crack lips in order to represent the hysteresis loops in case of cyclic loading. The strain-rate sensitivity is introduced by means of the rheological generalised Maxwell viscoelastic model. Regarding the fibre damage, a failure criterion based on the strain of the fibre direction is introduced. The energy release due to the fibre failure is also regularised thanks to a smeared crack approach. Finally, in order to welldescribed the out-of-plane behaviour, such as bending, of a laminated CFRP material, a recomputation of a realistic strain field through-the thickness of the laminate is introduced at level of the material model. Based on strain energy equilibrium between usual shell element theory and higher-order zigzag theory, this formulation is able to consider delamination at ply interfaces by using only one shell element through-the-thickness of a laminate. In addition, the model is placed in a total Lagrangian framework to ensure both objectivity and material coherence. The identification procedure, with the needed experimental tests, as well as validation tests and experimental/numerical correlations are given for all physical mechanisms previously described. Finally, this model is evaluated through the behaviour prediction of an industrial structure.

Le diagnostic du parc routier est une étape indispensable préalable à l'entretien et la réparation des structures de chaussées. L'importance d'une plus grande finesse de l'analyse des résultats issus des méthodes de contrôle non destructif peut permettre de réaliser, à terme, des économies sur les coûts et énergie mis en jeu lors de la maintenance et la construction. Ces travaux de doctorat présentent un modèle thermo-visco-elastique permettant d'intégrer le comportement des matériaux bitumineux composant une chaussée par l'utilisation du module et de l'amortissement complexe issu des courbes maitresses. La résolution du problème dynamique est réalisée à l'aide d'une approche fréquentielle. Cette approche est appliquée en particulier à un essai FWD sur lequel des variations climatiques sont étudiées. Des essais in situ, réalisés sur deux sites instrumentés, permettent de valider le modèle. Les bons résultats obtenus suggèrent l'utilisation de ce modèle à travers une analyse multicritère sur les bassins de déflexion et les historiques pour le développement futur d'un modèle de retro calcul dynamique. / The diagnosis of the road fleet becomes a necessary step prior to themaintenance and the repair of pavement structures. The importance of a finer analysis of the results of the non-destructive testing methods can eventually achieve to cost and energy savings for the maintenance and construction. This phD thesis introduces a thermo-visco-elastic model for intersting the behavior ofbituminous pavement materials, using the complex modulus and damping from master curves. The resolution of the dynamic problem is performed thanks to a frequency approach. This approach is particularly applicable to a FWD test on which climatic variations are studied. In situ tests, carried out on two instrumented sites, are used to validate the model. The obtained of good results suggests the use of this model through a multi-criteria analysison deflection basins and of the records for the future development of a backcalculation dynamic model.

Aujourd’hui les matériaux plastiques sont indissociables de notre quotidien, tandis que leur fabrication dépend des ressources pétrolières qui ne sont pas durables sur le long terme. Dans l’idée de produire des nouveaux intermédiaires pour matériaux à partir de matière première renouvelable, les dérivés furaniques sont des candidats de choix puisqu’ils sont facilement synthétisables à partir des sucres constitutifs de la biomasse végétale. Le poly(éthylène-2,5-furandicarboxylate) ou PEF est l’un des plastiques qui peut être fabriqué à partir du diacide 2,5-furandicaboxylique (FDCA). Il peut être produit selon des procédés similaires au poly(éthylène téréphtalate) (PET), son homologue petro-sourcé, mais a récemment fait l’objet d’une attention grandissante, notamment pour sa perméabilité aux gaz plus basse et son module mécanique et sa température de transition vitreuse plus élevées. Ces caractéristiques rendent le PEF particulièrement intéressant pour la fabrication de matériaux d’emballage, en particulier dans l’alimentaire. Dans la première partie de ce travail, nous étudions la cristallisation du PEF, aspect particulièrement important pour la production et la manipulation des granulés de plastique, ainsi que pour la transparence et les propriétés thermiques requises par les applications finales, et ce, en fonction de la masse moléculaire et du type de catalyseur utilisé. L’application de certains modèles mathématiques a permis de décrire à la fois la cinétique de cristallisation du PEF en mode isotherme et non isotherme du PEF. Cette cristallisation est généralement plus lente que celle du PET. La cristallisation du PEF à partir de l’état vitreux a montré des résultats atypiques qui ont été modélisés avec succès à l’aide de modèles non-conventionnels et de la méthode isoconversionnelle. Les différences ont été expliquées par la nucléation qui peut se produire à température relativement basse. Cette nucléation à basse température a notamment été exploitée judicieusement pour accélérer la cristallisation froide. La deuxième partie de ce travail concerne le comportement thermomécanique du PEF, important notamment pour les procédés de mise en forme et les applications finales. La température de transition vitreuse du PEF, pourtant plus élevée que celle du PET, n’a pas montré d’augmentation particulière avec la cristallinité ce qui a été attribuée à une réduction de la mobilité de la chaîne compensée par une augmentation du volume libre. Le faible taux d’enchevêtrement des chaînes de PEF pourrait s'expliquer par la réduction des dimensions de la chaîne non perturbée, ce qui est peut être directement lié à la diminution de la taille du monomère FDCA en comparaison avec celle de l’acide p-téréphtalique. Aucune restriction d’origine conformationnelle n'a été trouvée ce qui implique, que la réduction de la mobilité doit être principalement intermoléculaire. Pour des PEF de masses molaires diverses ou élaborés à partir de différents catalyseurs, une dépendance plus importante de la viscosité avec la température et la vitesse de déformation est constatée. Ce comportement qui peut être décrit mathématiquement peut également être expliqué par une diminution de la densité d’enchevêtrement des chaînes. Les propriétés mécaniques des phases amorphes et leurs dépendances avec la vitesse de déformation indiquent un faible réseau d'enchevêtrement du PEF par rapport au PET, bien que la réduction de la mobilité intrinsèque de la chaine de PEF puisse également jouer un rôle. L'orientation biaxiale du PEF dans l’état caoutchoutique a été étudiée en comparaison avec celle du PET, ce qui s’avère pertinent pour la production de films et de bouteilles. Les résultats ont montré que des taux d’étirage plus élevés sont nécessaires dans le cas du PEF pour atteindre le même durcissement structural. / Plastics have become an integral part of our lives, while the petrochemical feedstocks used to make them are not sustainable on the long term. In pursuit of production processes starting from renewable feedstocks, furanics were found to form quite readily from abundant plant-based carbohydrates and to bring new functionality as intermediates. Poly(ethylene 2,5-furandicarboxylate) or PEF is one of the plastics that can be made through 2,5-furandicaboxylic acid (FDCA) as an intermediate. It can be produced analogously to the ubiquitous material Poly(ethylene terephthalate) (PET) but has only recently been gaining more attention including the finding that it has greatly reduced gas permeability and a higher modulus and glass transition temperature, rendering it interesting as a packaging material. In the first part of this work we study the crystallization behavior of PEF, relevant for production and handling of pellets as well as transparency and thermal properties in end-use applications, as a function of molecular weight and the type of catalyst used. Mathematical models were found that describe both isothermal crystallization kinetics and non-isothermal kinetics for PEF, which is generally slower than PET. PEF crystallization from the glass found to be atypical and was modeled using unconventional models and the isoconversional approach. The origin of this behavior was found to be nucleation at low temperatures, which can be influenced to accelerate its crystallization. The second part of this work relates to the thermomechanical behavior of PEF, relevant for its processing and application in particular. The higher glass transition temperature was found to not increase as much by crystallinity as PET, and could be attributed to a reduced chain mobility compensated by increased free volume. The loose entanglement of PEF could be explained by reduced unperturbed chain dimensions following quite directly from the reduced bond length of FDCA. No significant conformational restictions were found, thus any mobility reduction should be intermolecular. A higher temperature and strain rate dependence of the melt viscosity was found for PEF across various molecular weights and catalyst types, which was described mathematically and can also be explained by a more loosely entangled network. The amorphous mechanical properties and higher strain rate dependence at room temperature also point to a low entanglement network although mobility reduction may also play a role. Biaxial orientation of PEF in the rubbery state, relevant for producing films and bottles, showed that higher draw ratios are needed than for PET until molecular orientation is maximized and strain hardening begins. However, it was found that upon using higher stretch ratios, oriented PEF can exhibit increased strength and Tg compared to oriented PET and further reduced gas permeability.

Cette étude porte sur l'élaboration de matériaux polymères nano-cellulaires via un procédé batch de moussage au CO2. Pour obtenir de tels matériaux, le moussage est provoqué dans des matériaux polymères nano-structurés afin de favoriser la nucléation hétérogène et d'obtenir des taux de nucléation et des densités de cellules élevées. Le moussage de terpolymères ABS et de PMMAs nanostructurés a été étudié, dans le but de produire des mousses nano-cellulaires avec une faible densité (inférieure à 0.3 g.cm-3) et une taille moyenne de cellules inférieure à 100 nm, correspondant aux morphologies de mousses requises pour obtenir des matériaux super isolants thermiquement. Le phénomène de nucléation, et donc la densité de cellules, sont apparus comme dépendant directement de la concentration et de la morphologie des agents nucléants, qui correspondent dans cette étude à des phases polymères immiscibles dispersées. L'élaboration de matériaux nano cellulaires a nécessité la compréhension des mécanismes de croissances de cellules, du rôle du CO2 en tant qu'agent gonflant et plastifiant ainsi que l'optimisation du procédé de moussage. Plus précisément, l'influence du comportement viscoélastique des matériaux polymères ainsi que celle des forces de surface sur la formation de cellules a également été étudié. Il a été montré que la formation de mousse se produisait dans un milieu viscoélastique, avec un comportement variant entre celui d'un solide et d'un liquide viscoélastique, et ce en fonction de la température et de la masses molaire des polymères / This work focuses on the fabrication of nano-cellular polymer materials by means of a CO2 batch foaming process. To produce such materials, the foaming has to be induced in nano-structured polymer materials in order to favour heterogeneous nucleation and thus to obtain high nucleation rate and high cell density. The foaming of ABS terpolymers and nanostructured PMMAs was investigated, with the aim of producing nano-cellular foams with low density (lower than 0.3 g.cm-3) and an average cell size of 100 nm, which corresponds to required foam morphologies for super thermal insulating applications. It has been shown that nucleation, and thus cell density, directly depends on the content and morphology of nucleating agents, corresponding to dispersed polymer immiscible phases. The production of nano-cellular materials required the understanding of cell growth mechanisms, the role of CO2 as blowing agent and plasticiser and process optimisation. Specifically, the influence of viscoelastic behaviour of polymer materials and surface forces on cell formation was also investigated. It was found that the foaming occurred in viscoelastic media, with transitional behaviour between solid and liquid, depending on foaming temperature and molar mass of polymers

La production à grande échelle de l'aluminium passe inévitablement par le procédé de Hall-Héroult et requiert un vaste champ d'expertises pour être mis en œuvre. Les aspects mécanique, thermique, chimique, électrique, magnétique de même que la mécanique des fluides sont tous présents dans une cuve d'électrolyse, qui comporte une multitude de matériaux: carbone, bétons réfractaires, métaux, alumine, etc. Afin de demeurer compétitives face à la concurrence, les alumineries se doivent de réduire les coûts de production qui passe nécessairement par l'optimisation des cuves d'électrolyse, demandant ainsi une compréhension approfondie du procédé et des matériaux utilisés, dont les matériaux carbonés. Les matériaux carbonés utilisés dans les cuves, plus spécifiquement dans le revêtement de celles-ci, sont des matériaux granulaires et poreux qui sont composés d'agrégats de graphite liés par du brai de goudron cokefié. Le comportement mécanique de ces matériaux a déjà été le sujet de quelques études jusqu'à maintenant. Or, aucune ne s'est réellement attaquée au comportement à long terme de ces matériaux qui plus est, dans un cadre tridimensionnel. Afin de complémenter les connaissances et les modèles déjà existants, cette thèse présente la caractérisation de comportement viscoélastique tridimensionnel à long terme des matériaux carbonés et le développement d'un modèle tridimensionnel constitutif, utilisable dans un code d'éléments finis, basé sur la thermodynamique des processus irréversibles combinée à la rhéologie des matériaux. Basé sur des observations expérimentales, le modèle rhéologique choisi consiste en un nombre indéterminé, a priori, d'éléments de Kelvin-Voigt placés en série. Originalement unidimensionnel, le modèle rhéologique est étendu au cas tridimensionnel en posant différentes hypothèses. La détermination des paramètres du modèle est essentiellement basée sur des essais de fluage en compression uniaxiale réalisés à la température ambiante. Des évolutions de paramètres permettant de prendre en considération la cuisson d'un matériau carboné de même que des variations de températures sont ensuite proposées. Aussi, tirés des connaissances du vaste domaine que sont les graphites, des mécanismes de fluage sont proposés. L'implémentation numérique du modèle viscoélastique a été réalisée avec le code éléments finis FESh++. Le comportement viscoélastique a également intégré à d'autres lois déjà existantes afin de les complémenter. Ainsi, une loi de comportement thermo-chimiovisco-élasto-plastique avec prise en compte de l'adoucissement et du durcissement est maintenant disponible pour les matériaux cathodiques de carbone. Des simulations sont présentées pour illustrer l'influence de la prise en compte du comportement viscoélastique sur différents matériaux, tels que les blocs cathodiques de carbone et la pâte à brasquer. / The large scale aluminium production is done through the Hall-Héroult electrolysis process, which requires a wide array of expertise for a proper achievement. The mechanical, thermal, chemical, electrical, magnetic and the fluid mechanic aspects are all present at the same time in the electrolysis cell, which is built with many different materials: carbon, refractory concrete, metals, alumina, etc. In order to stay competitive, aluminium producers must lower their production cost. This can only be achieved by optimising the cells, which requires a better knowledge of the process and of the materials used in the cell fabrication, including the carbon cathode materials. The carbon materials used in the cells, more specifically in the lining, arc porous materials composed of graphitic aggregates mixed up with a coal tar pitch binder. The mechanical behaviors of these materials have already been the subject of few studies up to now. However, no one has addressed the long term behavior, even less in a three dimensional context. To perfect the knowledge and the existing models, this thesis presents the characterization of the long term three-dimensional visco-elastic behavior of the carbon cathode materials and the three-dimensional constitutive model development based on the on the materials rheology and the thermodynamic of irreversible processes. The model is also suitable in a finite elements code. From experimental observations, the chosen rheological model is built up with a series of undetermined, a priori, number of Kelvin-Voigt elements. Originally one-dimensional, the rheological model has been extended to the three-dimensional case through few hypotheses. Determination of the model parameters is essentially based on uniaxial creep tests at room temperature. The evolution of these parameters in function of the temperature and the baking are also proposed. Moreover, creep mechanisms arc advised based on the knowledge of the wide array that are the graphitic materials. The numerical implementation of the visco-elastic model has been done in the finite elements code FESh++. The visco-elastic behavior has also been added to others constitutive laws in order to perfect them. Therefore, a constitutive thermo-chemo-visco-elasto-plastic law, which also takes into account the hardening and the softening, is now available for the carbon lining materials. Simulations are also presented to show the influence of the visco-elasticity on the cathode carbon material and on the ramming paste.

La détermination des déformations et des contraintes qui s’exercent au passage d’une charge est une étape centrale des méthodes mécanistiques-empiriques de dimensionnement des chaussées. Ces réponses mécaniques sont utilisées afin d’identifier les modes d’endommagement de la chaussée et d’estimer sa durée de vie. Cette étude se concentre sur la mesure expérimentale et l’analyse des déformations à plusieurs niveaux dans les couches bitumineuses. Quatre structures de chaussées ont été instrumentées à l’aide de capteurs à fibre optique installés à 5 mm de la base du revêtement, à environ 15 mm de la surface du revêtement et à 5 mm de part et d’autre de l’interface entre les couches bitumineuses. Les mesures de déformations ont été effectuées lors d’essais en vraie grandeur en faisant varier les conditions de températures et les paramètres de charges tels que le type de pneu, le type d’essieu, et l’intensité de la charge et la vitesse. Le champ des déformations a été calculé à ces mêmes profondeurs à l’aide du logiciel ViscoRoute© 2.0 afin de les comparer aux mesures expérimentales. L’analyse de la déformation à la base du revêtement a permis de valider les capteurs à fibre optique développés au cours du projet et d’évaluer l’influence des paramètres de la charge. Cette validation repose sur une analyse de la répétabilité et de la dispersion des mesures ainsi que sur une étude comparative effectuée avec des capteurs résistifs usuellement utilisés dans les chaussées. Au sommet de la couche de roulement, les mesures dans la direction longitudinale et transversale confirment que le passage de la charge génère de la contraction sous le pneu et de l’extension à l’extérieur de celui-ci. Dans la direction verticale, la charge impose une forte extension à l’extérieur du pneu tandis que sous celui-ci, le signe et l’amplitude des déformations dépendent de la température et des propriétés viscoélastiques de l’enrobé bitumineux. Dans ces trois directions, l’amplitude et la forme des signaux sont fonction de la structure de chaussée et des caractéristiques de la charge. Les capteurs placés au niveau de l’interface montrent que de l’extension et de la contraction se développent respectivement au bas de la couche de surface et au sommet de la couche de base au passage de la charge. Ces niveaux de déformations peuvent être modélisés en considérant l’interface comme une couche viscoélastique de faible épaisseur. Ce comportement de l’interface influence la distribution des contraintes et des déformations et les cas évalués montrent qu’il doit être pris en compte pour l’identification des modes de sollicitations critiques des couches bitumineuses. / Calculating the stresses and strains induced by traffic loading is one of the main steps of the mechanistic-empirical pavement design method. In this method, structural responses are used to identify the mode of failure and estimated pavement life. The present study focuses on experimental strain measurements and analysis at several depths in the asphalt concrete layers. Fiber optic sensors, retrofitted in the asphalt-bound layers of four pavement structures, were used to measure strains at 5 mm from the bottom, at around 15 mm below the surface and at 5 mm below and above the interface between two bituminous layers. Strain measurements were taken during full-scale pavement testing under several climate conditions and traffic load parameters such as tire type, axle type, load level and speed. A strain field was computed at theses specific depths using the software ViscoRoute© 2.0 in order to compare the results with the experimental strains. Analysis of the strain signal at the bottom of the asphalt concrete layer allowed to validate the fiber optic sensors developed during the project and to characterize the influence of load parameters. This validation is based first on the analysis of the repeatability and the dispersion of the measurements and then on a comparative study with resistive sensors typically used in pavements. Near the surface course, longitudinal and transversal strain measurements confirm that a moving load induced compressive strain under the tire and tensile strain outside the tire edge. High levels of vertical tensile strain are induced outside the tire edge whereas the sign and the magnitude of strains directly under the tire depend on the temperature and the viscoelastic properties of the asphalt layer. In the three directions, the magnitude and form of the signals depend on the pavement structure and parameters of the load. Strain sensors on both sides of the interface show that the moving load induced tensile strain and compressive strain close to the bottom of the surface course and near the top of the base course, respectively. Numerical models, which consider the viscoelasticity of the tack coat at the interface between the asphalt layers, are capable of predicting these strain responses. This viscous-type interface behavior has an impact on strain and stress distribution through the layer and simulations show that it must be considered to identify the failure criteria.

Le phénomène de fluage, qui est défini comme la déformation dessous une charge constante, a un effet à long terme sur la déformation des structures en béton armé. Récentes recherches montrent que la déformabilité de structures en béton armé du au fluage après quelques décades est largement sous-estimée par les normes. Plusieurs recherchent montrent que le fluage à long terme du béton suit une loi logarithmique dans le temps. Le fluage du béton provient de la microstructure du silicate de calcium (C-S-H) hydratée. Bien que de nombreux travaux expérimentaux et théoriques aient été réalisés, les mécanismes de fluage du C-S-H demeurent mal connus. Parmi les facteurs qui influent sur le comportement au fluage du CS- H, l’humidité relative (HR) est le principal. En fait, la teneur en eau dans les microspores joue un rôle important dans la rigidité, la résistance et la viscosité de la microstructure C-SH. La technique d'indentation permet de caractériser les propriétés mécaniques de la pâte de ciment à l'échelle microscopique et nanométrique à laquelle les mécanismes de fluage agissent. Par rapport aux expériences de fluage traditionnelles qui durent des mois et des années, le test d'indentation présente l'avantage d'évaluer les propriétés de fluage des matériaux à base de ciment en quelques minutes. De plus, il est plus facile pour l’échantillon d’atteindre l’équilibre humidité en raison du petit volume sondé. Pour extraire correctement les propriétés de fluage, la première étape consiste à établir une méthode d’essai d'indentation viscoélastique. Pour cette étude, la microindentation viscoélastique est analysée respectivement par une pointe sphérique et une pointe de Berkovich. Les propriétés de fluage à long terme sont bien décrites par le paramètre module de fluage de contact (C) de la complaisance au fluage logarithmique. Les propriétés mécaniques de structures C-S-H semblables à celles de Jennite et de Tobermorite à 1.4 nm sont ensuite caractérisées par une microindentation à différents niveaux d’HR. À différents niveaux d’HR, le comportement de fluage et de relaxation des C-S-H est étudié par la nanoindentation statistique sur une pâte de ciment. Le rôle de l'eau sur le comportement au fluage de C-S-H est réexaminé. De nouvelles découvertes concernant le mécanisme de fluage de C-S-H sont présentées et discutées. / The phenomenon of creep has a long-term effect on the durability of the concrete structures. It has been widely agreed that concrete creep originates from the microstructure of calciumsilicate- hydrates (C-S-H). Being a formidable problem, the creep mechanism of C-S-H is still an enigma although numerous experimental and theoretical works have been done. Among the factors affecting the creep behavior of C-S-H, relative humidity (RH) is the primary one. The water content in the micropores plays an important role in the stiffness, the strength, and the viscosity of the microstructure C-S-H. The indentation technique allows characterizing the mechanical properties of the cement paste at the microscale and the nanoscale. Notably, the phenomenon of creep can be observed during the indentation holding phase. Compared with the traditional creep experiments lasting for months and years, indentation testing has the advantage of assessing the creep properties of the cement-based materials in minutes. In addition, it is easier for the specimen to reach the moisture equilibrium because of the small volume probed. To properly extract the creep properties, the first step is to establish the scheme of viscoelastic indentation. For this study, viscoelastic microindentation is analyzed by a spherical and a Berkovich indenter tip, respectively. The long term creep properties are well captured by the parameter of contact creep modulus (C) from logarithmic creep compliance. The mechanical properties of alike C-S-H structures of jennite and 1.4 nm tobermorite are then characterized by microindentation at various levels of RH. At the two levels of RH, the creep and the relaxation behavior of C-S-H is finally investigated by the statistical nanoindentation on a cement paste. The role of the water on the creep behavior of C-S-H is re-examined. The new findings for the creep mechanism of C-S-H are presented and discussed.

Titre de l'écran-titre (visionné le 15 avril 2024) / $\bf{\underline{Introduction :}}$ Le traitement des patients souffrant de brûlures extensives constitue un défi au niveau médical puisqu'ils font face à une paucité de sites donneurs pour réaliser le traitement conventionnel de greffe cutanée d'épaisseur partielle (STSG : split-thickness skin graft). La peau reconstruite bilamellaire autologue (PRBA), un produit développé au Laboratoire d'Organogenèse Expérimentale (LOEX) et évalué précédemment dans une série de cas, est une alternative potentielle. Les qualités physiques de la PRBA suivant sa greffe chez le patient brûlé doivent être évaluées. <br>$\bf{\underline{Methode :}}$ Dans le cadre de l'étude clinique SASS-2 (*Self-Assembled Skin Substitute for the Autologous Treatment of Severe Burn Wounds in Acute Stage of Burn Trauma*), la PRBA a été greffée côte à côte à la STSG. La qualité de la cicatrice a été évaluée quantitativement à l'aide de trois instruments de mesure : le Dermascan (épaisseur du derme), le Cutomètre® (élasticité et fermeté de la peau), et le Mexamètre® (érythème et mélanine). Les cicatrices ont aussi été évaluées par l'échelle de Vancouver modifiée. Les patients ont été évalués à trois, six, 12, 24 et 36 mois post-greffe. Chaque donnée recueillie par les appareils de mesure était obtenue à trois reprises. <br>$\bf{\underline{Resultats :}}$ Aucune différence de l'érythème, l'épaisseur du derme, et des propriétés viscoélastiques n'a été objectivée entre les deux greffes. Le contenu en mélanine était significativement plus bas suite aux greffes de PRBA. Le score de Vancouver était similaire pour les deux substituts. Aucune cicatrice pathologique n'a été diagnostiquée cliniquement. <br>$\bf{\underline{Conclusion :}}$ La peau à la suite des greffes de PRBA avait une épaisseur et des propriétés viscoélastiques similaires à celle obtenue suite à la greffe de STSG. Le contenu de mélanine était inférieur, comme on pouvait s'y attendre en raison de la croissance limitée des mélanocytes pendant la production des PRBA. Ces résultats indiquent que la PRBA pourrait être une alternative intéressante à la STSG chez les patients souffrant de brûlures graves. / $\bf{\underline{Introduction:}}$ Severely burned patients present great medical challenges as viable skin used for conventional Split Thickness Skin Graft (STSG) gets scarce. Self-Assembled Skin Substitute (SASS), a skin substitute created at the Laboratoire d'Organogenèse Expérimentale (LOEX) and used in a previous case series, could become an alternative for such patients. The physical properties of SASS following its graft in burn victims must be evaluated. <br>$\bf{\underline{Methods:}}$ Within the SASS-2 clinical trial (*Self-Assembled Skin Substitute for the Autologous Treatment of Severe Burn Wounds in Acute Stage of Burn Trauma*), SASS has been grafted next to the STSG. Long term scar quality was evaluated using three devices: the Dermascan (dermal thickness), the Cutometer® (firmness and elasticity), and the Mexameter® (melanin and erythema). Measurements of both test sites and other sites were performed at three-, six-, 12-, 24- and 36-months post-graft. All measurements were repeated 3 times. The modified Vancouver Scar Scale (mVSS) was also used in the follow-up appointments. <br>$\bf{\underline{Results:}}$ No difference has been detected in dermal thickness, skin firmness or elasticity between the scars of the areas grafted with SASS and the areas grafted with STSG. Erythema values were similar between sites and diminished with time in all patients. Melanin levels were significantly lower in the sites grafted SASS than the sites grafted withSTSG. mVSS scores were lower in the sites grafted with STSG. No skin graft met the required criteria for pathologic scar at the end of their evaluation. <br>$\bf{\underline{Conclusion:}}$ Following graft, SASS shows a similar thickness, and viscoelastic properties when compared to STSG. Its melanin content was inferior, which was to be expected owing to the poor growth of melanocytes during production of SASS. These results show that SASS could provide a good alternative to STSG in severely burned patients.

Ce travail porte sur l'étude du comportement rhéologique de fluide en milieu confiné. Pour cela le levier d'un microscope à force atomique (AFM) est utilisé pour sonder les propriétés rhéologiques d'un fluide confiné entre deux surfaces : la surface d'une sphère collée à l'extrémité du levier et une surface plane sur lequel le fluide est déposé. Le dispositif expérimental est constitué du système de mesure d'un AFM et d'un piézoélectrique permettant d'approcher ou d'éloigner de la sphère la surface plane. Un modèle analytique permet d'extraire les propriétés rhéologiques du fluide confiné à partir de la déflexion du levier induite par le pincement du fluide. Cette méthode a été validée pour les fluides newtoniens. Par contre pour les fluides non-newtoniens comme par exemple la solution de polyacrylamide nous avons trouvé que la viscosité dépend de la distance D et que le cisaillement n'est pas le seul paramètre pertinent pour interpréter les propriétés rhéologiques.

Les sujets abordés, qui peuvent a priori sembler disparates, sont tous liés à la modélisation numérique, et les applications concernent principalement les matériaux non-newtoniens. Deux classes de lois de comportement très différentes sont abordées : les fluides viscoélastiques et les fluides à seuil, appelés également fluides viscoplastiques. L'étude de ces deux classes constitue les deux premières parties de ce travail. Après avoir présenté l'algorithmique numérique de ces modèles, j'aborde dans une troisième partie l'aspect lié au génie logiciel : la spécification et le développement de librairies pour ce type de problèmes. Les calculs numériques des écoulements de fluides viscoélastiques rencontrent de fortes difficultés lorsque le nombre de Weissenberg, lié à l'élasticité du fluide, devient grand. Je propose une méthode de décomposition d'opérateur qui permet de contourner les principales difficultés dans ce type de simulation. Les applications concernent des fluides viscoélastiques d'Oldroyd et de Phan-Thien et Tanner, pouvant représenter des polymères en solution ou bien des mélanges de polymères. Je montre que j'ai pu atteindre pour la première fois le comportement asymptotique pour les grands nombres de Weissenberg dans un écoulement en contraction brusque. La détermination précise des zones rigides dans les problèmes de viscoplasticité est un problème délicat. Les erreurs de calcul peuvent provenir de la perte de régularité de la solution à la traversée de la surface libre enveloppant les zones rigides, ou bien de la régularisation du modèle. En combinant deux méthodes classiques, à savoir une méthode de Lagrangien augmenté et l'adaptation de maillage pour capturer l'enveloppe des zones rigides, je montre qu'il est possible de résoudre à présent avec précision cette classe de problèmes. Enfin, je présente la spécification et la réalisation d'une librairie pour les méthodes variationnelles de type éléments finis. Cette librairie intègre notamment les concepts précédents d'adaptation de maillage.